Sensor曝光和帧率基础知识

Posted 2023-02-02 Arrow

Sensor曝光和帧率基础知识

• 1. 简介
• 2. H_BLANK和V_BLANK
• 3. 曝光原理
• • 3.1 Sensor逐行曝光基本原理
  • 3.2 Sensor全局曝光基本原理
• 4. 曝光时间计算公式
• • 4.1 曝光一行的时间$line\_time$
  • 4.2 曝光一帧的时间$exposure\_time$
  • 4.3 帧率(fps)的计算

1. 简介

• Sensor曝光方式
  • 逐行曝光：价格便宜，适合拍摄非快速运动场景
  • 全局曝光：价格昂贵，适合拍摄快速运动场景

2. H_BLANK和V_BLANK

• H_BLANK（水平消隐或行消隐）： 在将光信号转换为电信号的扫描过程中，扫描总是从图像的左上角开始，水平向前行进，同时扫描点也以较慢的速率向下移动。当扫描点到达图像右侧边缘时，扫描点快速返回左侧，重新开始在第1行的起点下面进行第2行扫描，行与行之间的返回过程称为水平消隐（也叫行消隐，H_BLANK）。一幅完整的图像扫描信号，是由水平消隐间隔分开的行信号序列构成，称为一帧
• V_BLANK（垂直消隐或场消隐）：扫描点扫描完一帧后，要从图像的右下角返回到图像的左上角，开始新一帧的扫描，会有一段间隔时间，这一时间间隔，叫做垂直消隐（也称场消隐，V_BLANK），V_BLANK的作用通常用来调节帧率。
• 帧结构示意图
  

3. 曝光原理

3.1 Sensor逐行曝光基本原理

• sensor逐行曝光从第一行开始曝光，一个行周期结束之后第二行才开始曝光。依次类推，经过N-1 行后第N 行开始曝光。第一行曝光结束后开始读出数据，读出一行需要一行周期时间（含行消隐时间，即H_Blank）。至第一行完全读出后，第二行刚好开始读出，依次类推，当第N-1 行读完后，第N 行开始读出，直到整幅图像完全读出。

3.2 Sensor全局曝光基本原理

• 全局曝光Sensor的所有行同时开始曝光，并同时结束曝光，在曝光结束后，Sensor将所有电子从感光区转到存储区，之后逐行地读出像素数据。 这样曝光的好处是获得图像每一行的曝光时间比较一致，并且在拍摄运动物体时图像不会出现偏移和歪斜。

4. 曝光时间计算公式

4.1 曝光一行的时间$line\_time$

• 曝光一行的时间等于一行的长度乘以曝光一个像素需要的时间
  $$line\_time=line\_length/pclk$$
  • line_length: 一行的长度（包含h_blank）
  • pclk: 是控制像素输出的时钟，即pixel采样时钟，单位MHz。表示是每个单位时间内采样的pixel数量
  • line_time: 曝光一行的时间

4.2 曝光一帧的时间$exposure\_time$

• 曝光一帧的时间等曝光的行数乘以曝光一行的时间
  $$exposure\_time=exposure\_line\times line\_time$$
  • exposure_time: 曝光时间。指曝光一帧需要多长时间
  • exposure_line: 曝光行。指这一帧曝光了多少行
  • line_time: 曝光一行的时间

4.3 帧率(fps)的计算